DE10239360A1

DE10239360A1 - Leuchte insbesondere für den Außenbereich

Info

Publication number: DE10239360A1
Application number: DE10239360A
Authority: DE
Inventors: Ralf Plaga; Nothart Rohde
Original assignee: Rohde Nothart Dipl-Phys
Current assignee: Rohde Nothart Dipl-Phys
Priority date: 2002-08-28
Filing date: 2002-08-28
Publication date: 2004-03-18

Abstract

Eine Leuchte 4, insbesondere für den Außenbereich, insbesondere für Straßen, Fahrbahnen, Wege, Plätze, Hauseingänge oder dgl., weist eine Halbleiterlichtquelle 7, insbesondere eine Leuchtdiode, auf. Die Spannungsversorgung 10 dieser Halbleiterlichtquelle 7 erfolgt kontaktlos durch induktive oder kapazitive Kopplung.

Description

Die Erfindung betrifft eine Leuchte insbesondere für den Außenbereich, insbesondere für Straßen, Fahrbahnen, Wege, Plätze, Hauseingänge oder dgl., nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Das erfindungsgemäße Beleuchtungssystem ist vorzugsweise für den Außenbereich, also außerhalb von Bauwerken gedacht und dabei speziell als Wegmarkierung oder als Wegbeleuchtung. Die Leuchte ist dabei in architektonischen Elementen, beispielsweise Wänden, oder aber in Bodenelementen integriert, wobei die „Bauelemente" im allgemeinsten Sinne zu verstehen sind.
Elektrische Beleuchtungen in feuchter Umgebung sind mit verschiedenen Problemen verbunden. Dies betrifft insbesondere die elektrische Sicherheit sowie die Korrosion.
Speziell in Deutschland besteht auch das Problem, dass im Baubereich die Elektroinstallationen ein eigenes Gewerk darstellen, weshalb nur ausgebildete Fachkräfte überhaupt tätig werden dürfen. Dadurch wird den hohen Anforderungen an die elektrische Sicherheit genüge getan. Denn die elektrische Versorgung bei den herkömmlichen Beleuchtungssystemen erfolgt mit Netzspannung oder Niederspannung über Kabel und entsprechende Kabelverbinder.
Vor allem im Baubereich, etwa bei der Markierung von Gehwegen, Hauseingängen oder Autostellplätzen wären leicht zu installierende Signalleuchten von Vorteil. Diese wären auch energiesparend, denn häufig ist es gar nicht notwendig, den Außenbereich „von oben" mit großer Leistung zu beleuchten. Weiterhin könnten kleine Signalleuchten unterschiedlich farbig sein, was bei einer einheitlichen Lichtquelle, wie sie heute üblich ist, nicht möglich ist.
Davon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Leuchte insbesondere für den Außenbereich zu schaffen, welche universell einsetzbar und vor allem leicht installierbar ist.
Die technische Lösung ist gekennzeichnet durch die Merkmale im Kennzeichen des Anspruchs 1.
Dadurch ist eine Leuchte insbesondere für den Außenbereich geschaffen, welche zum einen universell einsetzbar und welche zum anderen von der elektrischen Seite her sehr einfach installierbar ist. Während bislang die Leuchtdioden mittels Kabel elektrisch versorgt werden, besteht die Erfindungsidee in einer kontaktlosen Spannungsversorgung der Halbleiterlichtquelle mittels induktiver oder kapazitiver Kopplung. Dadurch ist ein Beleuchtungssystem geschaffen, welches absolut gefahrenfrei und ohne spezielle Kenntnisse installiert werden kann. Die Grundidee liegt dabei in der Verwendung einer Halbleiterlichtquelle, beispielsweise einer Leuchtdiode. Der Wirkungsgrad von derartigen Halbleiterlichtquellen hat sich in der letzten Zeit derart erhöht, dass sie für Markierungszwecke im Außenbereich eingesetzt werden können. Weiterhin sind sämtliche Spektralfarben einschließlich Weiß (mittels Leuchtstoff) erhältlich. Für die Anwendung bei kleiner Leistung ist dabei bemerkenswert, dass diese Lichtquellen keine Minimalleistung für den Betrieb benötigen, ganz im Gegensatz zu einer Glühbirne. Dieses Verhalten kommt einer stets verlustbehafteten drahtlosen Energieübertragung sehr entgegen. Halbleiterlichtquellen gibt es inzwischen auch auf organischer Basis, so dass diese Bauelemente ausdrücklich mit eingeschlossen sind. Eingeschlossen sind weiterhin Elektrolumineszenz-Lichtquellen (CFL). Dies sind Folien (also faktisch leuchtende Flächen), welche elektrisch einen Kondensator darstellen (C = einige nF) und welche mit 100 V Wechselspannung bei einigen kHz betrieben werden können. Dabei ist die direkte Ansteuerung durch einen magnetischen Koppler bei deutlich erhöhter Sekundärwindungszahl denkbar. Auch ein Betrieb in Resonanz mit der innewohnenden Kapazität wäre denkbar. Üblich sind Spannungswandler (Sperrschwinger), um beispielsweise aus 5 V DG die besagten 100 V zu erzeugen.
Die Weiterbildung gemäß Anspruch 2 betrifft die magnetische Kopplung der kontaktlosen elektrischen Energieübertragung. Somit ist eine induktive Versorgung der Halbleiterlichtquelle realisiert. Die Grundidee liegt in einem magnetischen Koppler. Es handelt sich dabei um eine Art offener oder halboffener Transformator, bestehend aus einem Stab- oder U- Kern aus Eisen oder Ferrit und einer Sekundärwicklung, welche die Leuchtdiode mit Spannung versorgt. Typische Sekundärwicklungszahlen sind einige 1.000, während die Primärwindungszahl bei 1 liegt und durch die den Leuchtenkörper umschlingende Leiterschleife gebildet sein kann. Diese Wicklung kann gegebenenfalls durch die „Nähe" eines wechselstromdurchflossenen Leiters ersetzt werden. Ausreichend sind dabei Frequenzen im kHz-Bereich für die Übertragung, so dass es sich um reine NF-Geräte handelt. Falls Pfeifgeräusche stören sollten, kann die Frequenz auf 20 kHz erhöht werden. Insgesamt haben die in der Primärleitung auftretenden Frequenzen, Spannungen und Ströme allesamt Werte, wie man sie auch in der Lautsprecherleitung einer Stereoanlage findet. Die Versorgung des Primärleiters erfolgt durch ein spezielles Steuergerät, im wesentlichen ein NF-Generator mit Verstärker. Dadurch ist insgesamt eine technisch einfache magnetische Kopplung geschaffen. Für die Installation ist es lediglich erforderlich, den Leuchtenkörper in die Primärwicklung des mit Wechselstrom gespeisten Leiters zu stecken, oder umgekehrt. Mit den eigentlichen elektrischen Leitungen kommt man dabei nicht in Kontakt.
Die Alternative gemäß Anspruch 3 sieht eine kapazitive Kopplung vor. Derartige kapazitive Energieübertragungen sind technisch möglich, zumal die Unterfläche eines Pflastersteines einige 100 cm² groß ist und genügend Kondensatorfläche bietet. Sofern man aber mit der Wechselspannung (z. B. 20 Vss) im NF-Bereich bleiben will, setzt dies die Anwesenheit von Wasser sowie einem feuchten Boden voraus. Die „Kondensatoren" sind dabei nur physikalisch gemeint, etwa als Kapazität zwischen einem externen Draht und einem leitfähigen, aber galvanisch getrennten Teil des Leuchtmittels.
Die Weiterbildung gemäß Anspruch 4 nutzt beide Halbwellen aus, was zum einen den Wirkungsgrad erhöht und zum anderen induktive Überspannungen verhindert. Die Gleichrichtung kann beispielsweise mittels eines Brückengleichrichters für diesen Vollwellenbetrieb erfolgen.
Eine Alternative hierzu sieht Anspruch 5 vor. Die Idee liegt in zwei antiparallel geschalteten Leuchtdioden, um auch hier einen Vollwellenbetrieb durch die zweite Leuchtdiode zu realisieren.
Die Weiterbildung gemäß Anspruch 6 sieht eine technische Anwendung beispielsweise bei Pflastersteinen oder Mauersteinen vor. Die Grundidee besteht darin, in einer Bohrung des Bauelements den Leuchtenkörper anzuordnen, so dass dieser insbesondere bündig mit der Oberseite des Bauelements abschließt. Das hintere Ende des Leuchtkörpers mit seinem Fortsatz ragt dabei aus dem Bauelement heraus, so dass es auf einfache Weise von der Primärwicklung der Spannungszuleitung umschlungen werden kann. Der Fortsatz am Leuchtenkörper verhindert dabei ein Verschieben der Leiterschleife.
Die Weiterbildung gemäß Anspruch 7 schafft eine einfache Fixierung des Leuchtenkörpers innerhalb der Bohrung. Der Leuchtenkörper wird dabei in die Bohrung hineingesteckt, so dass er an der Stufe anliegt. Somit verhindert diese Stufe, dass das Leuchtmittel durch das Bauelement hindurchrutscht. Gegebenenfalls kann der Leuchtkörper im Bauelement auch mittels eines Gewindes fixiert werden.
Die Weiterbildung gemäß Anspruch 8 betrifft die Anwendung des erfindungsgemäßen Beleuchtungssystems bei Pflastersteinen oder Mauersteinen. Die Grundidee besteht darin, den eigentlichen Leuchtenkörper mit der Leuchtdiode in dem Bauelement anzuordnen, während der Leiter mit seiner Leiterschleife unterhalb des Pflastersteins im Boden oder im Sand bzw. – bei einem Mauerstein – in der Mauer verläuft.
Die Weiterbildung gemäß Anspruch 9 schließlich schlägt die Verwendung einer Mehrzahl von Leuchten in einer Reihenanordnung vor, um so beispielsweise eine Wegmarkierung zu realisieren.
Ausführungsbeispiele einer erfindungsgemäßen Leuchte für den Außenbereich als Wegmarkierung werden nachfolgend anhand der Zeichnungen beschrieben. In den Zeichnungen zeigt:
1 einen – teilweise perspektivischen – Längsschnitt durch einen mit dem Beleuchtungssystem versehenen Pflasterstein;
2a die elektrische Spannungsversorgung mittels einer magnetischen Kopplung;
2b die Spannungsversorgung in 2a, jedoch mit einer Gleichrichterschaltung;
2c die Spannungsversorgung in 2a, jedoch mit zwei antiparallelen Leuchtdioden;
3 in rein schematischer Darstellung eine Spannungsversorgung mit kapazitiver Kopplung.
In 1 ist im Längsschnitt ein Bauelement 1 in Form eines Pflastersteines dargestellt. An diesem Pflasterstein schließen sich rechts und links weitere Pflastersteine an. Das Bauelement 1 ist mit einer senkrechten durchgehenden Bohrung 2 versehen, welche sich nach einer Stufe 3 nach unten hin verjüngt.
Die Bohrung 2 dient zur Aufnahme einer Leuchte 4. Diese weist zunächst einen geschlossenen Leuchtenkörper 5 auf, welcher unterseitig mit einem Fortsatz 6 versehen ist. Dieser durchragt die Bohrung 2 unterhalb der Stufe 3 und reicht über die Unterseite des Bauelements 1 hinaus. Im Innern des Leuchtenkörpers 5 befindet sich noch eine Spule mit einer Sekundärwicklung sowie vor allem eine Halbleiterlichtquelle 7. Der Fortsatz 6 des Leuchtenkörpers 5 wird von einer Primärwicklung 8 eines Leiters 9 umschlungen. Diese Primärwicklung 8 des Leiters 9 bildet zusammen mit der – nicht dargestellten – Sekundärwicklung im Innern des Leuchtenkörpers 5 eine Spannungsversorgung 10.
Die Funktionsweise ist wie folgt:
Durch die Primärwicklung 8 des Leiters 9 fließt Wechselstrom. In der Sekundärwicklung der innerhalb des Leuchtenkörpers 5 befindlichen Spule erfolgt eine magnetische Kopplung und damit Induktion einer Spannung, welche an der Halbleiterlichtquelle 7 anliegt und diese zum Leuchten bringt. Dieses Grundprinzip ist in 2a schematisch angedeutet.
Die alternative Weiterbildung in 2b sieht eine zusätzliche Gleichrichterschaltung 11 vor, beispielsweise mittels eines Brückengleichrichters für einen Vollwellenbetrieb. Eine modifizierte Ausgestaltung für den Vollwellenbetrieb gemäß 2c sieht eine zweite, antiparallel geschaltete Leuchtdiode vor.
Nur der Vollständigkeit halber sei noch eine kapazitive Kopplung gemäß 3 erwähnt. Hier sind zwei Kondensatoren 12 zur kapazitiven Kopplung vorgesehen. Diese werden extern mit Wechselspannung versorgt. Die dargestellten Kondensatoren sind nur im physikalischen Sinne zu verstehen, etwa als Kapazität zwischen einem externen Draht und einem leitfähigen, aber galvanisch getrennten Teil der Halbleiterlichtquelle 7. Beispielsweise kann die Unterseite des Pflastersteins als Kondensatorfläche dienen.

1: Bauelement
2: Bohrung
3: Stufe
4: Leuchte
5: Leuchtenkörper
6: Fortsatz
7: Halbleiterlichtquelle
8: Primärwicklung
9: Leiter
10: Spannungsversorgung
11: Gleichrichterschaltung
12: Kondensator

Claims

Leuchte (4) insbesondere für den Außenbereich, insbesondere für Straßen, Fahrbahnen, Wege, Plätze, Hauseingänge oder dgl., wobei die Leuchte (4) in einem Bauelement (1) integriert ist und wobei die Leuchte (4) an eine Spannungsversorgung (10) angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Leuchte (4) eine Halbleiterlichtquelle (7), insbesondere eine Leuchtdiode, aufweist und dass die Spannungsversorgung (10) der Halbleiterlichtquelle (7) kontaktlos durch induktive oder kapazitive Kopplung erfolgt.
Leuchte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Halbleiterlichtquelle (7) in einem geschlossenen Leuchtenkörper (5) angeordnet ist, dass der Leuchtenkörper (5) außerhalb von einer Primärwicklung (8) eines mit Wechselstrom gespeisten Leiters (9) umschlungen ist und dass sich in dem Leuchtenkörper (5) eine Sekundärwicklung einer Spule für eine magnetische Kopplung befindet.
Leuchte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Spannungsversorgung (10) Kondensatoren (12) für eine kapazitive Kopplung einer externen Versorgung mit Wechselspannung vorgesehen ist.
Leuchte nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Halbleiterlichtquelle (7) eine Gleichrichterschaltung (11) vorgeschaltet ist.
Leuchte nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Halbleiterlichtquellen (7) antiparallel geschaltet sind.
Leuchte nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauelement (1) eine durchgehende Bohrung (2) zur Aufnahme des Leuchtenkörpers (5) aufweist und dass der Leuchtenkörper (5) einen Fortsatz (6) aufweist, welcher aus dem Bauelement (1) herausragt und von der Primärwicklung (8) des Leiters (9) umschlungen ist.
Leuchte nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Bohrung (2) eine verjüngende Stufe (3) und der Leuchtenkörper (5) mit seinem Fortsatz (6) einen dazu korrespondierenden, sich verjüngenden Querschnitt aufweist.
Leuchte nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauelement (1) ein Pflasterstein oder ein Mauerstein ist und dass der Leiter (9) im Untergrund oder in der Wand verläuft.
Leuchte nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Mehrzahl von Leuchten (4) in einer Reihe angeordnet sind.